LED产品知识.docx
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LED产品知识
L
E
D
产
品
知
识
目录
一、LED介绍
二、专业名词解释
三、LED特点介绍
四、使用材料
五、白光的形成条件
五、LED分类
六、工艺流程及相应设备
七、结束
一、LED介绍
LED(LightEmittingDiode),发光二极管,是一种固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。
LED的心脏是一个半导体的晶片,晶片的一端附在一个支架上,一端是负极,另一端连接电源的正极,使整个晶片被环氧树脂封装起来。
半导体晶片由两部分组成,一部分是P型半导体,在它里面空穴占主导地位,另一端是N型半导体,在这边主要是电子。
但这两种半导体连接起来的时候,它们之间就形成一个“P-N结”。
当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子就会被推向P区,在P区里电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,这就是LED发光的原理。
而光的波长也就是光的颜色,是由形成P-N结的材料决定的。
LED按颜色分有红色(red)、橙色(orange)、黄色(yellow)、黄绿色(greenyellow)、绿色(green)、蓝绿色(bluegreen)、蓝色(blue)、紫色(pink)、紫外线(uv)、白色(white)、红外线等等,但因现在所做的LED大部分都是以白色光为主,所以以下文中讨论内容将以白光为主.
二、名词解释:
色温:
光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时,黑体的温度称为该光源的色温。
(详细情况见附件‘色温的定义’)
光强度:
光强度(luminousintensity)是光源在单位立体角内辐射的光通量,以I表示,单位为坎德拉(candela,简称cd).1坎德拉表示在单位立体角内辐射出1流明的光通量.
光通量:
光通量(luminousflus)是由光源向各个方向射出的光功率,也即每一单位时间射出的光能量,以φ表示,单位为流明(lumen,简称lm).
光照度:
光照度(illuminance)是从光源照射到单位面积上的光通量,以E表示,照度的单位为勒克斯(Lux,简称lx).
反射系数:
人们观看物体时,总是要借助于反射光,所以要经常用到"反射系数"的概念.反射系数(reflectancefactor)是某物体表面的流明数与入射到此表面的流明数之比,以R表示.
光亮度:
光亮度(luminance)是指一个表面的明亮程度,以L表示,即从一个表面反射出来的光通量.不同物体对光有不同的反射系数或吸收系数.光的强度可用照在平面上的光的总量来度量,这叫入射光(inci-dentlight)或照度(illuminance).若用从平面反射到眼球中的光量来度量光的强度,这种光称为反射光(reflectionlight)或亮度(brightness).
曝光量的计算公式是:
H(曝光量)=E(照度)×t(时间)
照度与光源的发光强度(光强I)成正比:
E=I(光强)×D-2(D为距离)
通常情况下直插的测试参数是色温,而大功率测试参数则是色温和光通量。
荧光粉越少,色温越大。
三、LED的特点:
1、体积小
LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面,所以它非常的小,非常的轻。
2、耗电量低
LED耗电非常低,一般来说LED的工作电压是2-3.6V。
工作电流是0.02-0.03A。
这就是说:
它消
耗的电不超过0.1W。
3、使用寿命长
在恰当的电流和电压下,LED的使用寿命可达10万小时。
4、高亮度、低热量
5、环保
LED是由无毒的材料作成,不像荧光灯含水银会造成污染,同时LED也可以回收再利用。
6、坚固耐用
LED是被完全的封装在环氧树脂里面,它比灯泡和荧光灯管都坚固。
灯体内也没有松动的部分,
这些特点使得LED可以说是不易损坏的。
四、制作材料:
材料种类包括:
支架、芯片、芯线、LENS、中心胶体、灌封胶。
1、支架:
LED支架按产品种类可以分为很多种.但大体上有直插、大功率、SMD、食人鱼等.
通常是由铁框架再在表面镀层(锌)制成的,
2、芯片:
(1)、LED晶片的作用:
LED晶片为LED的主要原材料,LED主要依靠晶片来发光。
(2)、LED晶片的组成
主要有砷(AS)铝(AL)镓(Ga)铟(IN)磷(P)氮(N)锶(Si)这几种元素中的若干种组成。
(3)、LED晶片的分类
1、按发光亮度分:
A、一般亮度:
R﹑H﹑G﹑Y﹑E等
B、高亮度:
VG﹑VY﹑SR等
C、超高亮度:
UG﹑UY﹑UR﹑UYS﹑URF﹑UE等
D、不可见光(红外线):
R﹑SIR﹑VIR﹑HIR
E、红外线接收管:
PT
F、光电管:
PD
2、按组成元素分:
A、二元晶片(磷﹑镓):
H﹑G等
B、三元晶片(磷﹑镓﹑砷):
SR﹑HR﹑UR等
C、四元晶片(磷﹑铝﹑镓﹑铟):
SRF﹑HRF﹑URF﹑VY﹑HY﹑UY﹑UYS﹑UE﹑HE、UG
(4)、LED晶片特性表(详见下表介绍)
晶片型号
发光颜色
组成元素
波长(nm)
晶片型号
发光颜色
组成元素
波长(nm)
SBI
蓝色
lnGaN/sic
430
HY
超亮黄色
AlGalnP
595
SBK
较亮蓝色
lnGaN/sic
468
SE
高亮桔色
GaAsP/GaP
610
DBK
较亮蓝色
GaunN/Gan
HE
超亮桔色
AlGalnP
620
SGL
青绿色
lnGaN/sic
502
UE
最亮桔色
AlGalnP
620
DGL
较亮青绿色
LnGaN/GaN
505
URF
最亮红色
AlGalnP
630
DGM
较亮青绿色
lnGaN
523
E
桔色
GaAsP/GaP
635
PG
纯绿
GaP
555
R
红色
GAaAsP
655
SG
标准绿
GaP
560
SR
较亮红色
GaA/AS
660
G
绿色
GaP
565
HR
超亮红色
GaAlAs
660
VG
较亮绿色
GaP
565
UR
最亮红色
GaAlAs
660
UG
最亮绿色
AIGalnP
574
H
高红
GaP
697
Y
黄色
GaAsP/GaP
585
HIR
红外线
GaAlAs
850
VY
较亮黄色
GaAsP/GaP
585
SIR
红外线
GaAlAs
880
UYS
最亮黄色
AlGalnP
587
VIR
红外线
GaAlAs
940
UY
最亮黄色
AlGalnP
595
VIR
红外线
GaAs
940
(5)、LED芯片的主要产家
光磊(ED)、国联(FPD)、鼎元(TK)、华上(AOC)、汉光(HL)、AXT、广稼
3、芯线
通常使用铝线或金线
4、胶水
所用到的胶水有A胶、B胶、荧光粉、硅胶,现在使用较多的厂家有:
道康宁、信越、台湾弘大
A、B胶:
荧光粉配比有:
3:
1、4:
1、5:
1、6:
1、9:
1、10:
1、12:
1(配比单位为克),配比主要看注胶量大小和需要达到的色温和光通量。
另外中电十三所有一种配比方式为:
A:
B:
荧光粉=3ML:
3ML:
0.13g
5、LENS
LENS是由树脂材料或硅胶在塑压成型的。
是为了有效保证LED的外形和光线折线角度设计的。
LENS通常外形是半球形,两边有小孔,如下图所示;但通常其小孔有圆形和半圆形两种,圆形孔我们可能使用半自动灌胶,而半圆孔则不能使用半自动,否则溢胶情况将十分严重。
五、白光的形成条件:
白光LED图片如下:
LAMP白光白光大功率
食人鱼白光
1、可见光的光谱和LED白光的关系。
众所周之,可见光光谱的波长范围为380nm~760nm,是人眼可感受到的七色光——红、橙、黄、绿、青、蓝、紫,但这七种颜色的光都各自是一种单色光。
例如LED发的红光的峰值波长为565nm。
在可见光的光谱中是没有白色光的,因为白光不是单色光,而是由多种单色光合成的复合光,正如太阳光是由七种单色光合成的白色光,而彩色电视机中的白色光也是由三基色红、绿、蓝合成。
由此可见,要使LED发出白光,它的光谱特性应包括整个可见的光谱范围。
但要制造这种性能的LED,在目前的工艺条件下是不可能的。
根据人们对可见光的研究,人眼睛所能见的白光,至少需两种光的混合,即二波长发光(蓝色光+黄色光)或三波长发光(蓝色光+绿色光+红色光)的模式。
上述两种模式的白光,都需要蓝色光,所以摄取蓝色光已成为制造白光的关键技术,即当前各大LED制造公司追逐的“蓝光技术”。
目前国际上掌握“蓝光技术”的厂商仅有少数几家,比如日本的日亚化学、日本的丰田合成、美国的CREE、德国的欧司朗等,所以白光LED的推广应用,尤其是高亮度白光LED在我国的推广还有一个过程。
2、白光LED的工艺结构和白色光源。
对于一般照明,在工艺结构上,白光LED通常采用四种方法形成。
一、蓝LED+发黄光的萤光粉(如:
YAG)
二、红LED+绿LED+蓝LED
三、紫外线LED+发红/绿/蓝光的萤光粉
四、蓝LED+ZnSe单结晶基板
3、白光LED照明新光源的应用前景。
为了说明白光LED的特点,先看看目前所用的照明灯光源的状况。
白炽灯和卤钨灯,其光效为12~24流明/瓦;荧光灯和HID灯的光效为50~120流明/瓦。
对白光LED:
在1998年,白光LED的光效只有5流明/瓦,到了1999年已达到15流明/瓦,这一指标与一般家用白炽灯相近,而在2000年时,白光LED的光效已达25流明/瓦,这一指标与卤钨灯相近。
有公司预测,到2005年,LED的光效可达50流明/瓦,如凯帝光电科技生产的1W白灯就已经达到60流明/瓦,到2015年时,LED的光效可望达到150~200流明/瓦。
那时的白光LED的工作电流就可达安培级。
由此可见开发白光LED作家用照明光源,将成可能的现实。
普通照明用的白炽灯和卤钨灯虽价格便宜,但光效低(灯的热效应白白耗电),寿命短,维护工作量大,但若用白光LED作照明,不仅光效高,而且寿命长(连续工作时间100000小时以上),几乎无需维护。
目前,德国Hella公司利用白光LED开发了飞机阅读灯;澳大利亚首都堪培拉的一条街道已用了白光LED作路灯照明;我国的城市交通管理灯也正用白光LED取代早期的交通秩序指示灯。
可以预见不久的将来,白光LED定会进入家庭取代现有的照明灯。
LED光源具有使用低压电源、耗能少、适用性强、稳定性高、响应时间短、对环境无污染、多色发光等的优点,虽然价格较现有照明器材昂贵,仍被认为是它将不可避免地替代现有照明器件。
其它使用设备说明:
BONDING工序:
手工设备只有一些小厂会使用,效率和合格率都不高。
自动bonding目前做的最好的是ASM,其它品牌都达不到其效果,可以说一家独大,其效率最高可以做到12K-15K/H,跟据设备型号和调试的差异有可能会不足此效率。
且此设备价格在40-50W左右,购买必须先付全款三个月后才能拿到设备。
但通常如果购买自动机的话都会选择ASM。
点胶工艺:
一个点胶系统包括:
一台机械手+一台点胶机+连接器+针筒+针头+其它配件。
对于直插来说,因其点胶位置控制精确,胶量十分微小而且胶水的粘度变化范围很大,所以并不是所有点胶机都可以使用。
烘箱:
通常使用大型烘箱,对烘箱温度控制要求不并高,烘烤加热温度通常为120度左右。
如中微光荧光胶固化温度便是120度15分种。
真空脱泡机:
目前绝大多数LED企业所使用的荧光胶处理方法都是手工搅拌均匀的再进行真空脱泡
六、LED分类:
LED可生产工艺和应用可分为六大类,分别为直插LED、大功率LED、SMDLED、食人鱼LED、数码管、TOPLED和点陈LED。
1、直插LED(Lightemittingdiode):
我们有叫它LAMPLED产品的、有叫它P2产品的、也有叫它插件LED的,不管怎么样只要是直插式的都归与一种。
而LED种类里面还有很多种类:
按胶体形状分:
3mm、4mm、5mm、8mm、10mm、12mm、方形、椭圆形、墓碑形、还有一些特殊形状等等;
按胶体颜色分:
无色透明、有色透明、有色散射、无色散射等;
按颜色分:
红色(red)、橙色(orange)、黄色(yellow)、黄绿色(greenyellow)、绿色(green)、蓝绿色(bluegreen)、蓝色(blue)、紫色(pink)、紫外线(uv)、白色(white)、红外线等等;
直插LED为现用最普通的LED产品,主要用于彩灯的制作和各种指示灯,制作工艺已非常成熟,成本很底,销售价格只有几分钱一个,所以做直插通常很讲究产能的提高,反而工艺除了白光外几乎没有任何问题,
圆头封装平头封装
2、.SMD(Sufacemountdevice):
表面贴装二极管或表面贴装元器件都是他的叫法,这个里面也有多中类别:
按形状大小分:
3528、3020、3808、3806、3804、0603、0805、1210、5060、1010等等,一般smd都是菱形的,所以其叫法都是根据长*宽的尺寸来叫,行业善用的都是英寸,不是毫米,也有用毫米叫的,不如1608(1.6*0.8mm)等。
发光颜色和胶体的种类和直插LED产品一样,只是产品的形状发生了很大的变化。
3、.食人鱼(Fluxled):
这个是因LED的发光效率不能满足汽车使用其要求,所以就开发了这个产品,是小功率产品,其驱动电流一般在50MA、一般LED用的20MA,最高电流可以达到70mA,就是因为其散热比较好,一般用在汽车后尾灯。
4、.大功率(powerled):
大功率LED灯具有光效高,寿命长(20000小时以上)、发热量低等特点,多被用于照明,如路灯,室内照明。
现有照明的大功率LED产品,它有以下分类:
按功率分:
1w、3w、5w、30w、50W、100w等等
按顶部发光透镜分:
平头、聚光、集成、酒杯形状等
按工艺还有铝基板的和防luminous的。
集成大功率普通大功率1W大功率
5、.数码管(Display):
最早用在来做显示屏和数码显示用的
按外形分:
1位、2位、3位、4位等等
表面颜色:
灰面黑胶的、也有黑面白胶的等等
极性:
共阴、共阳
颜色也和LED一样可以做很多种类。
通常用来做数字显示器。
6)、点阵(LEDDotMatrix):
这个产品和数码管差不多,都是应用在信息显示的。
其间距和孔的直径有改变都是不同的产品,现在一般分5*7和8*8的,其颜色有单色、双色、三基色的等等。
此产品用于大型显示屏的制作。
,像户外的一些大型广告屏都是采用点阵LED组成。
按颜色分:
单红,单绿,双基色,三基色等;
按孔的直径分:
Φ2.0,Φ3.0,Φ3.75,Φ5.0等;
按点数分:
5*7,8*8,16*16等
7、.侧光LED(Side-LED):
目前,LED封装的另一个重点便侧面发光封装。
如果想使用LED当LCD(液晶显示器)的背光光源,那麼LED的侧面发光需与表面发光相同,才能使LCD背光发光均匀。
虽然使用导线架的设计,也可以达到侧面发光的目的,但是散热效果不好。
不过,Lumileds公司发明反射镜的设计,将表面发光的LED,利用反射镜原理来发成侧光,成功的将高功率LED应用在大尺寸LCD背光模组上
8、TOPLED:
顶部发光LED是比较常见的贴片式发光二极体。
主要应用于多功能超薄手机和PDA中的背光和状态指示灯
七、工艺流程及相应设备
就工艺而言,所有的LED都是大同小异,无非是清洗支架、DIEBONDING、WIREBONDING、DISPENSER、封装、测试。
只是因为产品、胶水和工艺要求大同小异罢了。
以下我们就来详细讲解下各种LED的制作工艺。
一、直插(LAMPLED)
简略工艺流程图如下:
工艺步骤讲解:
1、超声波清洗支架
设备:
超声波清洗机
作用:
将支架表面的污渍清洗干挣,以避免因此对点胶效果的影响。
2、Diebonding
设备:
固晶机(ASM或其它手动固晶机)
胶水:
银浆或锡膏
作用:
将芯片固定在支架上。
产能:
12-15K/H
3、Wirebonding
设备:
固线机(ASM或其它手动固晶机)
材料:
铝丝或金丝
作用:
将支架的正负极与芯片连接起来,以形成一个完整的电流回路。
产能:
12-15K/H
4、点荧光粉
设备:
1、Shotmini300s+ML-808FX+TCU-05F+TB-10-P-F+AT-10E+PSY-10E+HN-0.2N
2、ASM点胶机
材料:
A、B胶+荧光粉(黄色)混合后最多能够使用90分种,而且在使用过程中,荧光粉会产生沉淀,并且随着时间和温度的变化,胶体的流动性也会产生变化,随着高度的增高而增大流动性,随着时间的延长会增加其粘性。
配比通常有(3:
1,4:
1,5:
1,6:
1,10:
1,12:
1)其比例是A,B
参数:
气压110KPA,点胶时间0.01S。
点胶动作:
打点操作,但注意不能出现挂胶和胶量不均现象。
作用:
将混合好的胶水点在直插的灯杯中,使其与芯片发出的蓝光混合发出白光。
产能:
7K/H(MUSASHI),12K(ASM)
品质:
因原材料品质不同最高可达到3个色区(XY座标0.03)95%良率。
(胶水使用时间1.5小时,点胶机胶量补偿功能需要打开)(结果出至深圳泓亚光电)
5、烘烤
设备:
烘箱
参数:
120度15min(中微光参数)
作用:
使荧光胶充分固化
6、灌封
设备:
灌封机
动作:
灌封的过程是先在LED成型模腔内注入液态环氧树脂,然后插入压焊好的LED支架,放入烘箱中让环氧树脂固化后,将LED从模腔中脱离出即成型。
效果:
目前不明
7、烘烤
设备:
烘箱
参数:
不明
作用:
固定直插灯杯外形,保证外观质量。
8、切架
设备:
切架机
作用:
将整条封装完成的LED切成单个产品,以便于测试和销售。
9、分光测试
设备:
分光仪
作用:
通过仪器测试LED的色温确定产品参数是否符合生产要求,并检查是否存在死灯情况。
从而确定产品的良品率。
其主要参数为色温。
通常色温就能够代表LED灯所发出的光线颜色。
注意事项
直插生产过程中要特别注意点胶时间的控制,而且必须使用TCU-05温控器以控制胶体温度,通常为26度,且室温必须在此温度以上,否则难以恒定,胶水使用前必须进行搅拌和脱泡处理,使胶体内荧光粉均匀分布,无气泡,以保证LED发光效率,如果灯杯内5倍显微镜下可见气泡则为不良品。
而且随着时间的延长,胶体会慢慢变粘,温度越高此过程越快,胶水最佳使用时间为60分钟内,最长不得超过90分钟。
二、SMD-LED
工艺流程:
与直插相似
配置:
SHOTMASTER300S、ML-808FX、TCU-05F、TB-30C-P-F、产品夹具
针头选用:
3528,用SNA-21G针头
3020,用SNA-22G针头
3808,用SNA-24G、HN-0.2N针头
3806,用SNA-25G、HN-0.15N针头
3804,用HN-0.1N针头
效率:
均可达到4.5K-5K/H(单头)
品质:
93%-97%,客户分光标准不等。
(结果出至广州鸿利光,深圳鸿凯光电)
三、食人鱼
食人鱼生产流程参照直插流程,除了支架不同外。
其它操作工敢基本相同,在此就不详细说明了
配置:
SHOTMASTER300S+ML-808FX+TCU-05F+TB-30C-P-F+产品夹具+SN-24G针头
效率:
每天正常生产按22小时计算,产能为双头160K-180K。
品质:
可以达到4个色区93%以上的良率。
(结果出至深圳鸿利光电子,2KK量产试做)
四、大功率
工艺流程图:
集成大功率流程图普通盖LENS大功率流程图
重要工艺讲解:
普通大功率:
点荧光胶:
设备:
shotmaster300s+ML-808FX+TCU-05F+TB-30E-P-F+PSY-30E+AT-50E+HN-0.2N+支架定位模具
目前很多工厂都在采用手动点胶,且大功率目前还处于发展前期,并没有相应的配套点胶设备,但其点胶工艺要求不高,所以以后应该都会采用半自动或全自动,且较容易实现,必然会有很多竞争对手.
点胶动作:
打点操作
胶水:
A、B胶+荧光粉/硅胶
产能:
3K-4K/H
作用:
利用蓝色芯片和黄色荧光粉混色效果使LED发出白光。
盖LENS:
设备:
shotmaster300s+吸附装置+专业模具
目前此动作95%以上厂家都采用手动操作,因为其前盖形状各异,虽然部分产品我们可以实现半自动操作,并可将合格率提到90%以上,但并不是每种都可以,只有在实验后才能确定,所以在向客户推荐产品时一定要先确定是否可进行此操作.
动作:
先将LENS用吸附头吸起后移动到支架相应位置上方,再用力下压将其装到支架上.此动作是否可顺利完成的关键是LENS是否适合吸附和定位精度.
作用:
LENS可以保证大功率的外形一致,且能够增加大功率的光线射出角度.但必须注意模具的配合,此项至关重要。
产能:
400PCS/H(人工),1200PCS/H(MUSASHI半自动设备).
LENS组装过程中吸附的稳定性和定位精度必须得到保证在5S以内,否则容易出现不良。
灌胶:
设备:
shotmaster300s+ML-808FX+PSY-30E+AT-50E+HN-0.2N+支架定位模具(跟据产品不同针头会跟着改变)
动作:
用针头尖端从LENS一端的小孔中伸进去,然后进行出胶操作,让胶水慢慢从针头中流出充满LENS内部空间.(整个过程只能一次性完成,不可间断,否则LENS内部极易出现气泡)
作用:
使光线折射出角度达到设计要求,增加散热能力并将LED内部完全固定.
效率:
600-700PCS(半自动设备),250-300PCS/H(人工)
灌胶动作一直以来都是人工进行操作,效率不高且溢胶情况较为严重,现在我们可以采用半自动设备代替人工去完成此项工作,虽然工作效率有所提高但是溢胶情况仍无法得到有效处理,仍然会有胶水溢出,所以跟客户推荐时一定要注意客户允许溢胶要求,另外小孔必须是圆形才有半自动操作可能,否则会因溢胶过于严重而无法完成.
注意:
进行灌胶操作的产品LENS必须是圆形的,如果是半圆的话将会出现大量溢胶。
另外跟据产品小孔到球形面的距离针头会选择HN或SPN。
HN针头注胶效果最佳,因为其不但能够完全堵住小孔还可以保持较高的胶水吐出速度。
集成大功率
点荧光胶:
设备:
shotmaster300s+ML-5000X+TCU-05F+TB-30E-P-F+PSY-30E+AT-50E+HN-0.4N+支架定位模具点胶机(此种大功率因点胶量较大,所以不用特别使用高精度点胶机)
胶水:
A、B胶+荧光粉(3ml:
3ml:
0.13mg为一种配比)
动作:
通常集成大功率点胶是用荧光胶将整个灯杯填满,成平杯或者微凸形状。
而且灯杯上不用盖LENS。
点胶量约为0.1g
效率:
因集成大功率点胶量较多,且很少有企业会生